Des scientifiques inventent un stimulateur cardiaque ultra-fin et mini-invasif contrôlé par la lumière


Parfois, notre corps a besoin d’un coup de pouce. Des millions d'Américains dépendent de stimulateurs cardiaques, de petits appareils qui régulent les impulsions électriques du cœur afin de le faire battre régulièrement. Mais pour réduire les complications, les chercheurs aimeraient rendre ces dispositifs encore plus petits et moins intrusifs.

Une équipe de chercheurs de l'Université de Chicago a développé un appareil sans fil, alimenté par la lumière, qui peut être implanté pour réguler l'activité cardiovasculaire ou neuronale du corps. Les membranes ultralégères, plus fines qu’un cheveu humain, peuvent être insérées par chirurgie mini-invasive et ne contiennent aucune pièce mobile.

Publié le 21 février dans Nature, les résultats pourraient contribuer à réduire les complications en chirurgie cardiaque et offrir de nouveaux horizons pour les futurs dispositifs.

« Les premières expériences ont été très réussies et nous avons vraiment bon espoir quant à l'avenir de cette technologie translationnelle », a déclaré Pengju Li, étudiant diplômé à l'Université de Chicago et premier auteur de l'article.

« Une nouvelle frontière »

Le laboratoire du professeur Bozhi Tian développe depuis des années des appareils capables d'utiliser une technologie similaire aux cellules solaires pour stimuler le corps. Les systèmes photovoltaïques sont intéressants à cet effet car ils ne comportent pas de pièces mobiles ni de fils susceptibles de se briser ou de devenir intrusifs – particulièrement utiles dans les tissus délicats comme le cœur. Et au lieu d’une batterie, les chercheurs implantent simplement une minuscule fibre optique à côté pour fournir de l’énergie.

Mais pour obtenir les meilleurs résultats, les scientifiques ont dû modifier le système pour qu'il fonctionne à des fins biologiques, plutôt que de suivre la conception habituelle des cellules solaires.

« Dans une cellule solaire, vous souhaitez collecter autant de lumière solaire que possible et déplacer cette énergie le long de la cellule, quelle que soit la partie du panneau touchée », a expliqué Li. « Mais pour cette application, vous voulez pouvoir éclairer une zone très localisée et activer uniquement cette zone. »

Par exemple, une thérapie cardiaque courante est connue sous le nom de thérapie de resynchronisation cardiaque, dans laquelle différentes parties du cœur sont synchronisées avec des charges précisément programmées. Dans les thérapies actuelles, cela est réalisé avec des fils, qui peuvent entraîner leurs propres complications.

Li et l'équipe ont entrepris de créer un matériau photovoltaïque qui ne s'activerait qu'exactement là où la lumière frappe.

La conception finale sur laquelle ils ont opté comporte deux couches d'un matériau de silicium connu sous le nom de type P, qui réagissent à la lumière en créant une charge électrique. La couche supérieure comporte de nombreux petits trous – une condition connue sous le nom de nanoporosité – qui améliorent les performances électriques et concentrent l’électricité sans lui permettre de se propager.

Le résultat est une minuscule membrane flexible, qui peut être insérée dans le corps via un petit tube avec une fibre optique – une chirurgie mini-invasive. La fibre optique s'illumine selon un motif précis, que la membrane capte et transforme en impulsions électriques.

La membrane n’a qu’un micromètre d’épaisseur – environ 100 fois plus petite que les cheveux humains les plus fins – et fait quelques centimètres carrés. Il pèse moins d’un cinquantième de gramme ; nettement moins que les stimulateurs cardiaques de pointe actuels, qui pèsent au moins cinq grammes. « Plus un appareil est léger, plus il est généralement confortable pour les patients », a déclaré Li.

Cette version particulière de l'appareil est destinée à un usage temporaire. Au lieu d’une autre intervention chirurgicale invasive pour retirer le stimulateur cardiaque, celui-ci se dissout simplement au fil du temps dans un composé non toxique appelé acide silicique. Cependant, les chercheurs ont déclaré que les appareils pourraient être conçus pour durer différentes durées de vie souhaitées, en fonction de la durée pendant laquelle la stimulation cardiaque est souhaitée.

« Cette avancée change la donne dans le traitement de resynchronisation cardiaque », a déclaré Narutoshi Hibino, professeur de chirurgie à l'Université de médecine de Chicago et co-auteur correspondant de l'étude. « Nous sommes à l'aube d'une nouvelle frontière où la bioélectronique peut s'intégrer de manière transparente aux fonctions naturelles du corps. »

Utilisation légère

Bien que les premiers essais aient été menés sur du tissu cardiaque, l'équipe a déclaré que l'approche pourrait également être utilisée pour la neuromodulation, en stimulant les nerfs dans les troubles du mouvement comme la maladie de Parkinson, par exemple, ou pour traiter la douleur chronique ou d'autres troubles. Li a inventé le terme « produits photoélectroceutiques » pour désigner ce domaine.

Tian a déclaré que le jour où ils ont essayé pour la première fois le stimulateur cardiaque lors d'essais avec des cœurs de porc, qui sont très similaires à ceux des humains, reste gravé dans sa mémoire. « Je me souviens de ce jour parce que cela a fonctionné dès le premier essai », a-t-il déclaré. « C'est à la fois un accomplissement miraculeux et une récompense pour nos efforts considérables. »

Une méthode de criblage développée par Li pour cartographier la production photoélectrochimique de divers matériaux à base de silicium pourrait également être utilisée ailleurs, a souligné Tian, ​​par exemple dans des domaines tels que les nouvelles technologies de batteries, les catalyseurs ou les cellules photovoltaïques.

Laisser un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *

*